某发电厂凝汽器在线化学清洗案例

摘要：某300MW火力发电机组凝汽器因循环冷却水水质波动导致铜管内壁结垢，真空度从设计值95kPa下降至89.8kPa，发电煤耗升高3.8g/kWh。丹阳蓝星清洗经垢样分析后，采用Sulfamic Acid+BTA缓蚀剂的在线循环清洗方案，在半侧隔离不停机条件下作业36小时，除垢率达97%，真空度恢复至94.6kPa，年节约标煤约2100吨。

一、项目背景与设备概况

该发电厂位于华东地区，装机容量2×300MW亚临界燃煤发电机组。其中2号机组凝汽器为对分双流程表面式凝汽器，型号N-17000型，冷却面积17000m²，铜管规格Φ25×1mm，管材HSn70-1A锡黄铜，共计19680根。循环冷却水取自厂区附近地表水源，经澄清处理后作为凝汽器冷却介质。

机组自上次大修清洗后已连续运行18个月。2025年冬季至2026年春季，因上游来水水质波动，循环水浓缩倍率一度达到4.2倍（设计控制值≤3.5倍），碳酸盐硬度偏高。运行人员发现凝汽器端差逐步增大，真空度呈下降趋势，机组热耗率显著上升。至2026年5月，凝汽器真空已从正常运行的95kPa降至89.8kPa，端差从设计值5℃升至12.3℃，严重影响机组经济性。

电厂方面曾考虑停机进行彻底清洗，但当时正值迎峰度夏准备期，电网调度不允许机组长时间停运。经技术评估后，决定采用不停机在线化学清洗方案，并委托丹阳蓝星清洗承担本次清洗工程。

二、结垢诊断与垢样分析

清洗前，我方技术人员对凝汽器运行数据进行系统分析，并在水室人孔处采集了铜管内壁垢样。现场观察发现：管板表面及管口附近有明显白色至浅黄色硬垢沉积，部分管口堵塞面积超过管截面的30%。垢层厚度测量显示，管口处垢层厚度0.8-1.5mm，管束中部0.3-0.7mm。

垢样经实验室分析，主要成分如下：CaCO₃含量62.4%、Mg(OH)₂含量12.8%、SiO₂含量8.3%、Fe₂O₃含量6.5%、磷酸盐及有机黏泥9.4%，另有微量CuO（源于铜管表面氧化层）。XRD衍射分析确认碳酸钙以方解石晶型为主，结构致密，与管壁结合力强。

根据垢样成分判断，结垢主因是循环水浓缩倍率偏高导致CaCO₃过饱和析出，辅因是微生物黏泥形成的生物膜为无机盐沉积提供了附着基底。铜管内壁的垢层热阻估算为0.00034 m²·K/W，导致总传热系数从设计的2800 W/(m²·K)降至约2100 W/(m²·K)，降幅达25%。

三、在线化学清洗方案设计

针对垢样分析结果，我们设计了以Sulfamic Acid为主清洗剂、BTA为铜材专用缓蚀剂的在线化学清洗配方。选择Sulfamic Acid基于以下考量：其一，对CaCO₃溶解能力强，反应生成可溶性钙盐，不产生CaSO₄沉淀风险（区别于H₂SO₄）；其二，对HSn70-1A锡黄铜的腐蚀速率可控，配合BTA缓蚀剂可将铜腐蚀速率控制在0.1g/(m²·h)以下；其三，常温下即可有效反应，无需加热，适合在线工况。

清洗配方体系设计：

清洗工艺采用半侧隔离循环清洗法：将凝汽器水室分为A/B两侧，清洗一侧时另一侧维持正常运行。清洗侧通过临时管路连接耐酸循环泵和清洗液配制槽，形成闭路循环系统。设计清洗液总量约18m³，循环流量控制在凝汽器单侧设计流量的60%（约5400m³/h），确保清洗液充满全部铜管并获得充分湍流。

关键工艺控制参数：清洗液pH值控制在1.5-2.0，温度维持在25-40℃（利用机组低真空运行时循环水余热），清洗液流速≥0.5m/s（确保管内湍流状态），Cu²⁺浓度实时监测（报警值≤200mg/L），Fe³⁺浓度监控（报警值≤500mg/L）。整个清洗周期预计36-48小时，分三个阶段：预清洗（4h）、主清洗（24-30h）、置换与钝化（6-8h）。

四、清洗实施过程

第一阶段——系统隔离与预清洗（4小时）：清洗前对B侧凝汽器进行水侧隔离，关闭进出口电动蝶阀，打开水室放水阀排空存水。安装临时循环系统：布置清洗液配制槽（25m³ PE材质），连接耐酸循环泵（Q=600m³/h，H=30m），敷设DN300临时管路。系统充水试压合格后，注入预清洗液（0.5% Sulfamic Acid + 0.2% Surfactant），循环2小时后排放。此阶段主要去除铜管表面松散沉积物和生物黏泥，为后续主清洗提供洁净界面。排放液呈淡黄色浑浊，含大量悬浮物。

第二阶段——主清洗循环（28小时）：重新配制主清洗液，按配方比例依次加入Sulfamic Acid、Citric Acid、BTA和辅助剂。每2小时采样分析一次：检测清洗液pH、Ca²⁺浓度、总铁浓度、Cu²⁺浓度，并在循环回路上安装在线pH计和电导率仪实时监控。清洗初期（0-8h），Ca²⁺浓度快速上升，从初始的12mg/L升至峰值1850mg/L，表明垢层中的CaCO₃大量溶解。pH值从初始1.6缓慢升至2.8，及时补加Sulfamic Acid维持pH在2.0以下。清洗中期（8-20h），Ca²⁺浓度增速趋缓，pH稳定在1.8-2.1区间，表明主体垢层已基本溶解。清洗后期（20-28h），Ca²⁺浓度趋于平稳，连续3次采样浓度波动＜5%，总铁浓度稳定在380mg/L以下，Cu²⁺浓度始终＜80mg/L（远低于200mg/L报警值），判断清洗终点到达。

第三阶段——置换钝化与系统恢复（6小时）：停循环泵，打开排放阀将清洗废液排至电厂废水处理站（废液经NaOH中和至pH 6-9后达标排放）。然后用除盐水对清洗侧进行三次冲洗置换，每次循环15分钟，直至排出水电导率＜50μS/cm。最后注入钝化液（0.3% NaNO₂ + 0.1% Na₂CO₃，pH 9-10），循环2小时在铜管表面形成保护膜，然后排空。拆除临时管路系统，恢复凝汽器B侧至正常运行状态，打开进出口蝶阀。整个过程B侧隔离时间累计38小时，A侧全程保持正常运行，机组负荷率维持在85%以上。

五、清洗效果与经济效益

清洗完成B侧投入运行后，凝汽器整体真空度从89.8kPa迅速恢复至94.2kPa。48小时稳定运行后真空度进一步回升至94.6kPa，端差从12.3℃降至5.8℃，接近设计值。一周后取水室人孔进行内窥镜检查：铜管内壁光滑，无明显残留垢层，除垢率目测判断＞95%。随后采用称重法对抽取的3根样管进行定量测试，平均除垢率97.2%。铜管表面无点蚀、脱锌等异常，BTA保护效果良好。

运行参数对比：

经济效益测算：按300MW机组年利用小时5000h计算，煤耗降低3.8g/kWh折合年节约标煤约2100吨，按标煤单价800元/吨计算，年节约燃料成本约168万元。清洗工程总费用（含药剂、人工、临时设施）约12万元，投资回收期不足1个月。此外，真空度恢复后机组可恢复额定出力，避免了因真空低限负荷运行造成的电量损失，间接经济效益同样可观。

六、案例总结与技术经验

本次凝汽器在线化学清洗案例验证了Sulfamic Acid+BTA配方体系在铜管凝汽器不停机清洗中的可行性与经济性。与停机检修清洗相比，在线清洗避免了机组启停损失（单次启停成本约15-20万元），工期从停机清洗所需的7-10天压缩至38小时，且不影响电网调度计划。

从技术层面总结几点关键经验：

第一，垢样分析是清洗方案设计的基石。本次精确测定了垢层成分中CaCO₃占比超60%，确认了Sulfamic Acid的适用性。若垢层中硅酸盐或硫酸盐含量较高，则需调整配方或辅以高压水射流清洗。

第二，BTA缓蚀剂是铜管清洗的安全保障。本次全程Cu²⁺浓度低于80mg/L，远优于国标GB/T 25146-2010《工业设备化学清洗质量验收规范》中对铜腐蚀速率的要求。清洗后铜管表面形成的BTA-Cu保护膜可持续发挥防腐蚀作用。

第三，在线监测是确保清洗质量与安全的关键手段。通过在线pH计和定时取样分析，实时掌握清洗进度，避免了过度清洗或清洗不足。建议后续项目增加在线Ca²⁺选择性电极，实现清洗终点的自动判断。

第四，循环流速控制至关重要。流速过低会导致铜管底部沉积物无法有效清除，流速过高则增加循环泵能耗并可能造成铜管振动。本次采用单侧设计流量60%的参数，兼顾了清洗效果与运行安全。

凝汽器在线化学清洗是一项技术成熟、经济效益显著的设备维护手段，对于无法频繁停机的火力发电机组尤其适用。丹阳蓝星清洗拥有20余年电厂设备清洗经验，可针对不同管材（铜管、钛管、不锈钢管）、不同垢型（碳酸盐垢、磷酸盐垢、硅酸盐垢）提供定制化清洗方案。

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